国外节能建筑案例分析对比

卧牛山保温2018-06-25 16:20:29


中外绿色建筑二者都注重绿色建筑五大方面的设计,即节约场地、节约能源、节约水资源、节约材料、室内环境质量。

在具体技术方面,【国内】更注重建筑节能技术的实用性与经济性以及“运用管理”技术和公共建筑的“全生命周期综合性能”。【国外】更注重建筑节能技术的创新性以及“地方优先”。

在评价标准方面,【国外】更偏向于绿色建筑的最高标准,适用于最优秀建筑的评估;而【国内】《绿色建筑评价标准》则更偏向于绿色建筑的及格标准,适用于更为广泛的建筑评估,更有益于绿色建筑的推广。


英国诺丁汉大学朱比丽分校


[建筑规模]:占地面积12万平米,建筑面积4.1万平米。

[获奖情况]:英国皇家建筑师协会杂志的年度可持续性奖项。

[建筑功能]:信息中心、教学中心、服务中心。

[基地策略]:



[通风设计]:在面湖立面的地面层设计许多通风百叶,水面对于风起冷却的效应,整个气流穿过中庭空间,最后流窜到背立面的八个楼梯间,由所谓的“烟囱效应”让使用过的气流上升穿过整个圆形、类似烟囱的楼梯间,最后经由一个3.5公尺高的铝制风斗(windvane)排放出去,完成整个低耗能,被动式的空气循环动作。


风斗:它可以在风速2~40m/s之间顺利运作,由周围空气流动所产生的真空效应,让室内空气可以自然的被吸拔出来,也因为尾部有一个类似扰流板的构造,让风斗永远随着不同的风向转动,除了是一个风向旗之外,也让排气的一端永远处在下风处。



朱比丽校园设计所采用的通风策略可以称作:热回收低压机械式自然通风,它是一种混合系统,即在充分利用自然通风的基础上辅以有效的机通风装置。

[采光策略]:该项目在东、西、南向立面设置了大量木制可动式水平遮阳板,在不阻挡对视线的情况下,达到一定的遮阳效果,将整年的室内温度在不借助空调之下,控制在摄氏30℃下。在太阳日照最大的南向立面设置可电动调整的遮阳棚,以避免太阳直射所造成的高温与眩光。



窗体外的水平木百叶,每片上都被漆成白色增强光线的反射。

被动式红外线移动探测器和日照传感器,并由智能照明中央系统统一控制:当教室有人使用时系统就会自动判断是否使用人工照明,从而代替了人工开关;如果室内有足够的自然光线,人工照明就会自动关闭,从而节约能源。


[中庭设计]:所有的建筑物皆由具玻璃顶盖的中庭所串联,整个中庭可以说是个小型温室,可以在寒冷的冬天储存适当的太阳热能以达到一定的舒适度,并减少暖气的使用。中庭内种满中型植物,由植物保湿遮荫的特性,自动调节室内温湿度,而且让由靠湖面进气口的冷风在进到室内时有预暖的效果,减少寒冷带来的不适与能源浪费。


中庭屋顶玻璃所采用的半透明太阳能光电板每年所产生的电能约45,000kWh,足以供应建筑物整年的机械通风电能需求,让机械通风耗能不用依赖石化能源。

建筑使用效果

基于校园使用后的监测,建筑的能耗被估算为85千瓦时每平方米每年,这一数字低于英国建筑能耗指标ECON19的自然通风办公建筑的良好标准:112千瓦时每平方米每年。并且校方认为,与主校园相比这一新校园达到了60%的节能效果。不过在校园的使用过程中也出现了一些问题,如人工湖曾因水体过溢而涌进教学建筑;还有,朝向湖面的窗体的帆布遮阳和冬季保温效果不佳等


建筑研究组织办公楼

BRE Office of the future—建筑概况

名称:建筑研究组织(BRE,Building Research Establishment)

建造时间:1996年

建筑功能:办公室、会议室

这座未来办公楼坐落于瓦特福德(Watford)市郊的建筑研究所(BRE)。该区域地处英国南部,气候温和,受噪音和空气污染影响的程度也最轻。该建筑采用被动建筑设计 ,结合先进的节能技术,是一较为成功的绿色生态建筑。



建筑特色


建筑内容纳了为100余名工作人员准备的办公800m2的会议设施,总的面积为2040m2。办公室分别配置在3层中,主要沿东西布置,各办公单元的平面采用30mx13.5m的模数。既有大空间办公室,也有封闭的小办公室。平面不对称呈“L”形布置,两翼的柱网也有所不同。


建筑密封性很好,热绝缘,窗户是双层的,中间填充有氩气。窗户可以打开。这些窗户占了主要立面约一半左右的面积。南侧的窗户有外部的可活动的挑檐来遮蔽直射日光。通过BMS系统控制的高窗可以用来进行通风控制,顶层还设有通风口。注:BMS(建筑自动化管理系统)

建筑技术

采光

自然通风

地下水降温

照明:遮阳系统、太阳能、其他技术

采光

该建筑办公室的层高为3.7m,比起普通办公室来高出很多。这样较高的层高保证了自然光照明的需要,在上班时间,95%以上的室内能够有足够的自然光照明。

大窗和南侧室外的百叶窗结合,尽量争取了最大的阳光,而且这些百叶窗也可以避免炫光。


自然通风

南侧立面上有五个高耸的风塔,并装有玻璃益于采光,通风口有低速风扇,可以在炎热或无风时节帮助通风;在气温适中时,可以直接打开窗户通风。


地下水降温

低温地板辐射:在炎热的夏天,利用地板中的地下水管道冷却楼板,以达到降低室内温度的效果。

在寒冷的冬天,建筑内部则通过地板下的加热管道以及环绕四周的散热器来采暖。热量来自于先进的压缩锅炉以及一个低氧化氮锅炉,这些锅炉通过BMS系统控制的高窗得到新鲜空气。


照明

T5照明灯具高效、节能、安全、稳定T5和普通荧光灯相比,其管径小,且普遍采用稀土三基色荧光粉发光材料,并涂敷保护膜,光效明显提高。

该建筑为了将人工照明的耗电量降到最小,还使用了感光器(由BMS系统控制)。


遮阳系统

可以看到遮阳板的具体细节。遮阳百叶由半透明的陶瓷材料制成,可以阻挡直射太阳光,但会将阳光漫射入室内,百叶的角度可以自动控制,也可以由办公室的使用者人工调节。


南侧的窗户使用了反射玻璃,还配有电动卷帘来减少夏季的太阳热吸收。

建筑的周围还种植了落叶树,在夏季提供遮阳,冬季则改变寒风的流线。

太阳能

南侧立面设置有太阳能光电板,在高峰的时候可以提高3KW的额外电能。


南侧立面上有五个高耸的风塔,表面闪闪发亮,可以吸收太阳能转化为电能,以驱动内部的低压风扇,在炎热、沉闷的天气条件下可以增强风塔的抽风效能。

其他技术

在环境设计方面:用地上原有建筑的结构得以充分的重新利用。在新的建筑中,重新使用的材料包括砖、整面拆除的混凝土墙(用到新建筑的地基、地板以及结构体中)——这在英国是第一次尝试

在环保措施方面:加强运营管理,避免不必要的能源和材料浪费;在总图设计上就考虑了建筑的环保需要(太阳能、风、遮阳、排水等问题);制定和实施能减少垃圾产生和有利于废弃物循环利用的管理措施。


Green lighthouse –绿色灯塔

丹麦零排放生态建筑——“绿色灯塔”

“绿色灯塔”项目是迄今为止丹麦第一个按照碳中和理念设计的公共建筑,位于哥本哈根市内的哥本哈根大学校园内,该建筑为3 层的圆形建筑,总建筑面积950m2,具体用途为哥本哈根大学科学系学生的学习、生活、就业监管咨询中心。“绿色灯塔”项目是零碳排放生态型建筑。





绿色灯塔采用了大中庭设计,其用意有四。一是根据其用途刻意设计出一种开敞、通透、开放的空间,二是为参观者聚集时提供集中讲解的功能考虑,三是采用烟囱效应自然通风,四是为了提高整个建筑内部自然采光的均匀度。

自然采光设计

自然光、人造光源、空间感受和材料质感之间是相互作用的,设计者既要考虑到房间的功能性又要考虑到使用者的舒适与美感体验。

建筑的内部照明以自然采光为主,建筑立面安装了适量的立窗,在建筑的顶部,设置了一定数量的智能电控屋顶窗,这无疑给建筑的中庭带来了巨大的光照度的变化。

与智能电控窗处于同一IO智能电控操作平台 下的电动百叶遮阳窗帘,会随着太阳方位的移动而自动升起和放下,起到自动遮阳的效果。

注:建筑的内部照明以自然采光为主,结合丹麦当地的光气候条件,建筑立面安装了适量的立窗,在建筑的顶部,设置了一定数量的智能电控屋顶窗,这无疑给建筑的中庭带来了巨大的光照度的变化。

建筑师们在采光模拟计算上运用了威卢克斯公司最新开发的采光模拟分析计算软件《 Daylight visualize》;

该软件经过国际照明协会的鉴定,是一款非常精确的计算软件,其对光照分析计算的结果,与实测结果的最大误差不超过4.9%,平均误差仅有2.9%。

3月21日上午10点,南侧二层和三层上的照度级(勒克斯lux)。


可视化采光分析


工程师们应用《Daylight visualize》采光软件,对建筑的每一个房间与角落,按全云天、半阴天、晴天等几种情况,对全年的几个标志时间段春分、秋分、夏至、冬至分别进行计算。


工程师们应用《Daylight visualize》采光软件,对建筑的每一个房间与角落,按全云天、半阴天、晴天等几种情况,对全年的几个标志时间段春分、秋分、夏至、冬至分别进行了计算,对有眩光的部位,及采光系数小于3%的部位,工程师与建筑师进行了反复的设计和比较,直到满意之后才告一段落。

能源设计思考

设计细节应确保绿色灯塔节省70%的能量

建筑的几何结构应该紧凑

建筑物的方向定位

建筑物外层要具有良好的绝缘和屏蔽效果

被动的太阳能取暖

建筑结构利于被动的热量积蓄和散热

自然通风和综合通风

自然采光

日光照明控制下的LED照明

高效节能的机械通风方式

能源设计与技术

被动式设计-降低建筑对能源的需求

优化建筑结构和朝向

优化建筑遮阳

增强建筑密闭性

使用高效节能窗

充分利用自然通风为建筑降温

充分利用自然采光以及使用节能的LED光源等

主动式设计-减少建筑对能源的消耗

应用太阳能供热和制冷系统

安装光伏发电设备

热能动结构和地埋管式季节蓄热系统


能源设计

1) 能源使用的总体思路

“绿色灯塔”的能源设计总体原则,一是降低能源需求,二是尽量使用可再生能源,三是高效使用化石能源。

2) 良好的围护结构保温性能丹麦地处北欧,气候比较寒冷,建筑良好的保温性能是建筑节能的重要环节。为此,“绿色灯塔”在外墙设计,门窗选择上花了大量的时间,这里值得一提的是太阳热的采集和防止问题。在夏天,太阳过热是负面的,此时我们需要太阳的光线,却要求把太阳的热量隔绝在室外;

而在冬天,我们在需要太阳光线的同时,也需要太阳的热量。因而,使用同一个传热系数的Low-E 玻璃,不能全面解决问题,因此,“绿色灯塔”采用了与窗户相匹配的多种智能电控室内外遮阳、隔热窗帘等产品。

3) 太阳能集热板

近300m2 的南向屋顶面积,除了少部分用作屋顶天窗采光外,大部分用于安装太阳能集热板和光伏电池。项目采用的太阳能集热板,满足了建筑本身的热水需要,同时,夏天建筑本身使用剩余的来自太阳的热量,将通过管道传入地下的季节性蓄热设备,以备冬天使用。

4) 太阳能光伏电池

“绿色灯塔”的屋顶上45m2 的太阳能光伏电池是建筑物主要能量来源,可满足照明、通风和维持热泵的运转需求。

5) 热敏地板

在丹麦的气候条件下,建筑内的地板可以用作热储存器,尤其是在冬天,把白天的热量储存在地板内,可以使得第二天工作期间,不再使用过多的热源来加热建筑。

同时,地板供热比起空调供热来,人的感觉要舒适一些。

6) 季节性蓄热技术/热泵

运用季节性蓄热技术,可以在夏天太阳能量过剩的时候,将一些热能以一定的形式储存在地下,待到冬天能源短缺时,再行放出来使用。

热泵主要用来太阳热能及地热能的循环利用,实现建筑物的供热和制冷,从而保证了季节性储热的优化利用。

这项技术的实质,是在夏天太阳能量过剩的时候,将一些热能以一定的形式储存在地下,待到冬天能源短缺时,再行放出来使用。

这个技术如果说在丹麦还不算有多大实用价值的话,那么在中国的大部分夏天有着充足日照,冬天又非常寒冷的地区,则有着巨大的价值。


7) 能源中控系统和能耗记录系统整个建筑分为9 个区域,均设有光感、温感、风感、CO2 等若干个探头,对这些区域进行监控,一旦发现有需要,例如光照不够,温度不够,空气质量不好,这些探头就会把信息发到中央处理中枢的电脑上,该电脑再根据室外的气候情况,通过自控系统,采取开关窗、启闭窗帘、启闭电灯等措施,使用最佳策略,改善室内气候。同时,能源的使用记录系统,还将随时记录各个区域的供热、热水、通风、照明等项的耗能情况,以供分析和研究。

“绿色灯塔”项目,仅靠对日光合理设计使用,我们就节约了几乎过去照明用电的38% 的能量。结合自然通风等环节,该项目通过精心的建筑设计,就使能耗降低了几乎75%。


IO智能电控系统-自动式节能

丹麦地处北欧,气候比较寒冷,建筑良好的保温性能是建筑节能的重要环节。

为此,绿色灯塔在外墙设计、门窗选择上花了大量的时间。

这里值得一提的是太阳热的采集和防止问题。在夏天,太阳过热是负面的,此时我们需要太阳的光线,却要求把太阳的热量隔绝在室外。而在冬天,我们在需要太阳光线的同时,也需要太阳的热量。因而使用所有时间都是一个传热系数的LOW-E玻璃,不能全面解决问题,绿色灯塔采用了与窗户相匹配的多种智能电控室内外遮阳、隔热窗帘等产品。


能源数据

绿色灯塔供热消耗指标初步估计为22千瓦时/平米/年;

35%来自于屋顶上的太阳能光伏电池;

65%为热泵驱动的区域热能,由储存在地下的太阳能热能供给,对生态环境不会造成威胁;

热泵可将区域热能利用效率提高约30%。


总结

绿色建筑研究由建筑个体、单纯技术上升到体系层面,由建筑设计扩展到环境评估、区域规划等多种领域,形成了整体性、综合性和多学科交叉的特点。

中外绿色建筑对比

相同点

二者都注重绿色建筑五大方面的设计,即节约场地、节约能源、节约水资源、节约材料、室内环境质量。

不同点

在具体技术方面【国内】更注重建筑节能技术的实用性与经济性以及“运用管理”技术和公共建筑的“全生命周期综合性能”。【国外】更注重建筑节能技术的创新性以及“地方优先”

在评价标准方面【国外】更偏向于绿色建筑的最高标准,适用于最优秀建筑的评估;而【国内】《绿色建筑评价标准》则更偏向于绿色建筑的及格标准,适用于更为广泛的建筑评估,更有益于绿色建筑的推广。

本文取材于互联网。